Cómo funciona la fibra óptica: un rayo de luz por el océano

Un hilo de vidrio bajo el océano

Un cable de fibra óptica transmite datos con destellos de luz infrarroja dentro de un hilo de vidrio más fino que un cabello, y la luz se queda dentro gracias a la reflexión total interna. Cuando cargas una página alojada en otro continente, la petición casi seguro cruza el mar así. TeleGeography, que cartografía el sector, contó en 2026 más de 600 cables submarinos activos y proyectados y más de 1,5 millones de kilómetros de cable en servicio. Los enlaces por satélite son otra vía; esta exposición no estima qué parte del tráfico internacional les corresponde.

La luz de esos cables tiene que permanecer dentro de un núcleo de vidrio de 8,2 micrómetros de ancho durante miles de kilómetros, perder lo menos posible por el camino y llegar como un patrón limpio de unos y ceros. Esta exposición la sigue desde el extremo de una sola fibra hasta el fondo del Atlántico. Cada estación del banco se ocupa de una parte del problema, y los números del panel salen de las fórmulas de más abajo.

Por qué la luz se queda en el núcleo

Un haz de luz que pasa de un material a otro cambia de dirección. La ley de Snell da el nuevo ángulo:

n1 sin θ1 = n2 sin θ2

Aquí n es el índice de refracción (cuánto frena el material la luz en comparación con el vacío) y θ se mide desde la normal, una línea trazada perpendicular a la superficie. Al pasar de un material más denso a otro menos denso, el haz se aleja de la normal.

Ahora haz θ1 cada vez mayor. El haz dentro del segundo material se acerca más y más a la superficie hasta que, con un ángulo concreto, sin θ2 tendría que valer 1. Ese ángulo es el ángulo crítico:

θc = arcsin(n2 / n1)

Con cualquier ángulo mayor no hay solución para θ2. No cruza luz alguna la frontera, y la superficie refleja el 100%. Los físicos lo llaman reflexión total interna. Es más eficaz que cualquier espejo, porque no hay metal que absorba una fracción de la luz en cada rebote.

Una fibra óptica está construida en torno a ese único efecto. El núcleo es vidrio con un poco de óxido de germanio añadido para subir su índice. El revestimiento que lo rodea es sílice casi pura, con un índice algo menor. Un rayo que viaja casi paralelo al eje llega a la pared del núcleo con un ángulo muy rasante, mucho mayor que el crítico, y por eso rebota de pared en pared mientras dure la fibra.

Cómo calcular el ángulo crítico

El modelo usa la geometría de la SMF-28e+ de Corning, una fibra monomodo estándar que cumple la Recomendación G.652.D de la UIT-T. La hoja de datos da un diámetro de núcleo de 8,2 µm, un diámetro de revestimiento de 125,0 µm, un diámetro de recubrimiento de 242 µm y una apertura numérica (NA) de 0,14.

Para el revestimiento tomamos sílice fundida a 1550 nm, que tiene un índice de 1,4440 (mediciones de Malitson, vía RefractiveIndex.INFO). La apertura numérica une los dos índices:

NA = √(n1² − n2²)

así que el índice del núcleo es n1 = √(1,4440² + 0,14²) = 1,4508. La diferencia es de solo el 0,47%, lo habitual en la fibra monomodo. El ángulo crítico es entonces

θc = arcsin(1,4440 / 1,4508) = 84,46°

Dicho de otro modo, el rayo tiene que quedarse a menos de 5,54° del eje de la fibra. Fuera de la fibra, en el aire, eso se convierte en un cono de semiángulo arcsin(0,14) = 8,05°. La luz dirigida a la cara del extremo con más inclinación que 8° no será guiada.

El primer control fija el ángulo en la pared del núcleo. A 87° el rayo queda atrapado: toca la pared cuatro veces a lo largo del modelo y el punto de la tarjeta del extremo lejano sigue brillante. Bájalo a 84° y las ecuaciones de Fresnel dan una reflectancia de solo el 19,6% en cada rebote. A 80° la cifra es del 0,8%. Casi toda la luz pasa al revestimiento en el primer rebote, avanza hacia fuera a 81,7° de la normal y la absorbe el recubrimiento, cuyo índice se elige mayor que el del vidrio para que la luz perdida se elimine en vez de guiarse. El panel muestra la luz que queda al final del modelo en cada caso.

Convertir la luz en unos y ceros

La forma más sencilla de mandar datos por una fibra es encender la luz para un 1 y apagarla para un 0. El transmisor del modelo hace justo eso con los ocho bits de una letra mayúscula. En ASCII la letra A es 65, o 01000001 en binario, así que el láser destella dos veces en cada grupo de ocho.

En el extremo lejano un fotodiodo convierte cada destello en una pequeña corriente. El receptor comprueba la corriente en mitad de cada periodo de bit y decide si está por encima o por debajo de un umbral. La segunda traza del panel muestra por qué funciona aunque la señal recibida sea más débil y sus bordes estén redondeados: mientras los unos y los ceros sigan claramente separados, el receptor puede distinguirlos.

Las velocidades en juego son difíciles de imaginar. A 10 gigabits por segundo un bit dura 100 picosegundos. La luz en el vidrio avanza a unos 204 000 km/s, así que cada bit ocupa unos 2,04 cm de fibra. Un cable de 6600 km lleva cientos de millones de bits en vuelo en cada instante.

Los sistemas modernos de larga distancia van mucho más allá del encendido y apagado. Cambian la fase y la polarización de la luz además de su brillo, y envían decenas de longitudes de onda por la misma fibra a la vez (multiplexación por división de longitud de onda). El principio es el mismo: un patrón de luz que un receptor puede volver a convertir en números.

Perder un poco de luz en cada kilómetro

Ni el vidrio más puro es perfectamente transparente. Pequeñas fluctuaciones de su densidad dispersan algo de luz hacia los lados (dispersión de Rayleigh) y las impurezas absorben un poco más. La pérdida se mide en decibelios por kilómetro. Cada 10 dB reducen la potencia a una décima, así que 20 dB dejan el 1%.

La fibra monomodo estándar se especifica entre 0,19 y 0,20 dB/km a 1550 nm, la longitud de onda con la que la fibra de sílice pierde menos. La fibra para rutas submarinas se fabrica para perder menos aún. La tercera estación parte de 0,17 dB/km, una cifra representativa de esa fibra y no un valor de hoja de datos, y su control va de 0,15 a 0,40 dB/km.

Parece poco hasta que se multiplica por un océano. En los 6605 km de MAREA, 0,17 dB/km suman 1123 dB. La luz quedaría reducida a una parte entre 10^112, muy por debajo de un solo fotón. La única forma de cruzar es amplificar la señal muchas veces por el camino.

Amplificadores en el lecho marino

Cada cápsula gris del lecho marino del modelo es un repetidor. Dentro hay amplificadores de fibra dopada con erbio: unos metros de fibra cuyo núcleo contiene iones de erbio, bombeados por un pequeño láser. La luz de 1550 nm que atraviesa el erbio excitado lo estimula para que libere más luz con la misma longitud de onda y fase, de modo que la señal sale más fuerte sin haberse convertido nunca en una señal eléctrica.

La separación es un compromiso. Con amplificadores a 70 km y fibra de 0,17 dB/km, cada tramo pierde 11,9 dB, deja el 6,5% de la luz y cada amplificador tiene que devolver 11,9 dB. Alarga los tramos a 120 km y la pérdida pasa a 20,4 dB; la señal llega tan débil que el ruido que añade cada amplificador empieza a importar. Los tramos más cortos dan una señal más limpia pero exigen más repetidores, y cada uno cuesta dinero y energía eléctrica. SubCom describe una separación nominal de 50 a 90 km en sus sistemas. Un estudio de 2024 sobre el cable Dunant de Google da una media de 84 km en 6611 km.

Los repetidores necesitan electricidad y en el lecho marino no hay enchufes. El equipo de alimentación de cada estación de amarre hace circular una corriente continua constante por el conductor de cobre del cable, con todos los repetidores en serie y el mar como camino de retorno. El cable SL17 de SubCom está dimensionado para 15 000 voltios. Su conductor tiene una resistencia de cerca de 1 ohmio por kilómetro, así que el voltaje necesario crece con la longitud del cable.

Qué hay dentro de un cable submarino

La cuarta estación muestra un cable del tipo SubCom SL17, descrito con detalle en la solicitud del Gobierno de Irlanda para el uso de la costa por el cable AEC-2. De dentro hacia fuera:

1. Tubo de fibras. Un pequeño tubo de plástico con las fibras sueltas en un gel que impide el paso del agua.
2. Alambres de resistencia. 24 alambres de acero de alta resistencia en dos capas (8 de 1,59 mm, luego 8 de 1,50 mm alternados con 8 de 1,13 mm). Soportan la tensión al tender o recuperar el cable y forman un pequeño recipiente a presión alrededor de las fibras.
3. Vaina de cobre. Un tubo de cobre con costura soldada alrededor de los alambres. Lleva la energía de los repetidores y sella el interior frente al agua y al hidrógeno, que con el tiempo oscurecería el vidrio.
4. Cubierta de polietileno. Aísla el cobre del mar y lleva el cable a 17,0 mm. Es el cable ligero (LW) que se tiende en el fondo oceánico profundo, más o menos del ancho de una manguera de jardín.

El modelo dibuja estas capas a escala y retira cada una un paso para que se vean todas a la vez.

Por qué los cables cerca de la costa son más gruesos

En la llanura abisal casi nadie toca un cable. Más cerca de tierra se encuentra con anclas, redes de arrastre, corrientes y rocas. TeleGeography, citando al Comité Internacional de Protección de Cables, cifra las averías de cables en unas 200 al año, y dos tercios de ellas proceden de barcos pesqueros y anclas arrastradas.

Por eso la protección cambia con la profundidad. La guía de selección de SubCom usada para AEC-2 pone doble armadura (DA) en aguas de menos de unos 600 m: dos capas de alambres de acero galvanizado alquitranado, 18 y luego 24, de 3,35 mm de grosor cada uno, bajo hilado de nailon alquitranado. El cable pasa a 35,9 mm. La armadura ligera de alambre (LWA), solo con la primera capa, se usa hasta unos 2000 m y mide 28,9 mm. Por debajo, el cable ligero de 17 mm llega hasta la profundidad oceánica máxima. La Recomendación G.978 de la UIT-T da intervalos típicos parecidos: cable ligero por debajo de 1000 m, armadura simple desde unos 20 hasta 1500 m y doble armadura desde la costa hasta 100 m. En aguas poco profundas el cable suele además enterrarse en el lecho.

Cuánto tarda la luz en cruzar un océano

La luz en el vidrio es más lenta que en el vacío. Para una señal, la velocidad que importa la fija el índice de grupo, que en la SMF-28e+ a 1550 nm es 1,4682. Así que la señal avanza a

v = c / 1,4682 = 299 792 / 1,4682 ≈ 204 190 km/s

aproximadamente dos tercios de la velocidad de la luz en el vacío. El retardo a lo largo de un cable de longitud L es simplemente L / v. Para las tres rutas del globo:

Las longitudes de los cables son las que figuran en el Submarine Cable Map de TeleGeography. Un cable siempre es más largo que la línea recta de círculo máximo entre sus extremos, porque los topógrafos lo trazan rodeando pendientes abruptas, zonas de falla y caladeros concurridos. De Virginia Beach a Bilbao hay 6050 km por círculo máximo, que la luz en el vacío recorrería en 20,2 ms. Una conexión real añade además tiempo en enrutadores y en tierra en cada extremo.

Un segundo ejemplo resuelto: un núcleo más ancho y su ángulo de aceptación

La fibra de la exposición es monomodo, con una apertura numérica de 0,14. Muchos enlaces más cortos, como los de dentro de un edificio o entre dos servidores de una sala de datos, usan fibra multimodo, cuyo núcleo es varias veces más ancho. Para ver cómo cambian los números, toma una fibra de vidrio de índice escalonado con un índice de núcleo n1 = 1,480 y un índice de revestimiento n2 = 1,460. Estos dos valores son una suposición elegida para aclarar la aritmética; no describen ningún producto concreto.

NA = √(1,480² − 1,460²) = √(2,1904 − 2,1316) = √0,0588 = 0,2425

θc = arcsin(1,460 / 1,480) = 80,6°

Un rayo queda guiado si llega a la pared del núcleo con más de 80,6°, es decir, si viaja a menos de 9,4° del eje. Visto desde fuera, en el aire, la fibra acepta un cono de semiángulo arcsin(0,2425) = 14,0°. Se pueden comparar los dos números: un rayo a 9,4° del eje dentro del vidrio sale por la cara del extremo con sin θ = 1,480 × sin 9,4° = 0,242, que es el mismo 0,2425 salvo redondeo.

Compáralo con la fibra de la exposición, cuyo semiángulo de aceptación es de solo 8,05°. Un cono de aceptación más ancho facilita acoplar luz de una fuente barata. También permite que existan más caminos distintos dentro del núcleo, y la sección siguiente muestra por qué eso cuesta velocidad.

Por qué se ensanchan los pulsos: dispersión modal y cromática

Un pulso que empieza nítido no se mantiene nítido. Hay dos causas principales.

La dispersión modal ocurre en la fibra multimodo. Un rayo a lo largo del eje toma la ruta más corta. Un rayo que rebota con el ángulo guiado más pronunciado toma un zigzag más largo, así que llega más tarde. Con la fibra supuesta más arriba, el tiempo de viaje adicional por kilómetro es

Δt = (n1 × L / c) × (n1 − n2) / n2 = (1,480 / 299 792 km/s) × (0,020 / 1,460) ≈ 4,94 µs × 0,0137 ≈ 67,6 ns por km

A 10 Gbit/s un bit dura 100 ps, así que tras un kilómetro un solo destello se reparte en unos 676 periodos de bit. Una regla práctica habitual dice que la dispersión debe quedar por debajo de aproximadamente medio periodo de bit, lo que para esta fibra limita la velocidad a unos 1 / (2 × 67,6 ns) = 7,4 Mbit/s en un kilómetro. La Fiber Optic Association explica que la fibra multimodo de índice gradual baja el índice del núcleo hacia el exterior, de modo que los modos de orden superior van más rápido en rutas largas y se reducen las diferencias de tiempo de llegada. Las fibras reales conservan algo de dispersión modal residual. Otra solución para largas distancias es un núcleo tan estrecho que solo existe un camino. El núcleo de 8,2 µm de la exposición lo hace, y por eso los cables submarinos usan fibra monomodo.

La dispersión cromática persiste incluso en una fibra monomodo. El índice de refracción del vidrio depende un poco de la longitud de onda, así que los distintos colores de un mismo pulso láser viajan a velocidades algo diferentes. La dispersión D se expresa en picosegundos de ensanchamiento por nanómetro de ancho espectral y por kilómetro. Para la SMF-28e+, la hoja de datos de Corning da una longitud de onda de dispersión nula entre 1304 y 1324 nm y una pendiente de como máximo 0,092 ps/(nm²·km). La aproximación habitual D(λ) = (S0 / 4) × (λ − λ0⁴ / λ³) con λ0 = 1313 nm (la mitad de ese intervalo, suposición mía) da cerca de 17 ps/(nm·km) a 1550 nm. Es una estimación a partir de los datos de la propia fórmula de la hoja, no una especificación impresa.

Supón que la línea del láser tiene 0,1 nm de ancho (también una suposición). En 100 km el pulso se ensancha 17 × 0,1 × 100 = 170 ps, ya más que el bit de 100 ps a 10 Gbit/s. En los 6605 km de MAREA serían 17 × 0,1 × 6605 ≈ 11 200 ps, unos 112 periodos de bit. Como el ensanchamiento es una cantidad fija para una fibra y una distancia dadas, el receptor puede deshacerlo. El TAT-8 trabajaba a 1,3 µm, que está dentro de la ventana de dispersión nula de 1304 a 1324 nm, así que allí la dispersión era pequeña. El precio era una pérdida mayor que a 1550 nm.

Un balance de pérdidas en números

La escala de decibelios convierte la multiplicación en suma: una pérdida de x dB deja 10^(−x/10) de la potencia. Toma 0,20 dB/km, el extremo superior de la especificación monomodo estándar, e inyecta 1 mW (0 dBm, una cifra redonda supuesta):

Estas cifras dejan fuera los conectores y los empalmes, que aportan cada uno su propia pérdida, así que un enlace real tiene menos margen del que sugiere la tabla.

Conviene comparar la tabla con la historia. La Fundación Nobel dice que en la década de 1960 solo quedaba el 1% de la luz tras 20 metros de fibra de vidrio. Son 20 dB en 20 m, o 1000 dB/km. El objetivo de Kao era que quedase el 1% tras un kilómetro entero, es decir, 20 dB/km. La Fundación también cuenta que hoy queda el 95% tras un kilómetro, que son 10 × log10(0,95) = −0,22 dB/km. En medio siglo la pérdida se redujo en un factor de unos 4500.

Sistemas submarinos, antes y ahora

El TAT-8 entró en servicio el 14 de diciembre de 1988. El registro de hitos del IEEE da una distancia por el lecho marino de 5846 km, fibra monomodo de 1,3 µm, repetidores a 280 Mbit/s y una capacidad de 40 000 circuitos telefónicos, diez veces la del último cable de cobre. El primer cable telefónico transatlántico, tendido en 1956, tenía capacidad para 36 llamadas simultáneas, según la Fundación Nobel.

TeleGeography atribuye al cable más reciente MAREA una capacidad potencial de 224 terabits por segundo. Dividiéndola entre los 280 Mbit/s de los repetidores del TAT-8 resulta un factor de 224 × 10¹² / 280 × 10⁶ = 800 000. TeleGeography distingue la capacidad potencial, que es lo que el cable podría llevar si su propietario instalase todo el equipo posible en los extremos, de la capacidad realmente iluminada, y la cifra mayor es la que suele citar la prensa.

Los cables difieren en tamaño además de en velocidad. TeleGeography incluye el CeltixConnect, de 131 km, entre Irlanda y el Reino Unido, entre los cortos, y el Asia America Gateway, de 20 000 km, entre los largos. Sigue más de 600 cables activos y proyectados y calcula el total en servicio en más de 1,5 millones de km a comienzos de 2026. Sus preguntas frecuentes señalan también un cambio en quién los construye: proveedores de contenidos como Google, Meta, Microsoft y Amazon son ahora grandes inversores, y la capacidad desplegada por operadores de redes privadas ha superado hace poco a la de los operadores de troncales de internet.

Malentendidos frecuentes

«El interior de la fibra es un espejo». No hace falta ningún recubrimiento. La reflexión total interna procede del escalón del índice de refracción entre núcleo y revestimiento, y no pierde nada en cada rebote. Un espejo metálico absorbería parte de la luz cada vez.

«La luz en una fibra viaja a la velocidad de la luz». Solo en el vacío. En el vidrio la señal viaja a c / 1,4682, unos 204 190 km/s, cerca de un tercio más despacio.

«La fibra de vidrio es frágil». El vidrio fino parece quebradizo, pero la Fundación Nobel señala que el vidrio estirado en un hilo largo se vuelve fuerte, ligero y flexible, y eso permite enterrarlo, tirar de él bajo el agua y doblarlo en las esquinas.

«Los tiburones y los peces son el peligro principal». Los aparejos de pesca y las anclas causan cerca de dos tercios de todas las averías, según datos del ICPC que cita TeleGeography.

«Un cable más grueso lleva más datos». El cable de aguas profundas mide 17 mm y la versión de doble armadura para la costa mide 35,9 mm. El grosor extra es alambre de acero contra las anclas, no más fibra.

«Un repetidor convierte la luz en electricidad y de vuelta». Los repetidores del TAT-8 hacían exactamente eso. Los modernos amplifican la propia luz con fibra dopada con erbio. La electricidad solo alimenta los láseres de bombeo.

Cuatro pares de materiales y los ángulos que atrapan

La primera escena permite cambiar el vidrio. La regla es la misma en los cuatro: el ángulo crítico es arcsin(n2 / n1), medido desde la normal a la pared, y solo se quedan dentro los rayos que llegan a la pared con un ángulo mayor.

Mitsubishi Chemical da a la fibra de plástico un índice de núcleo de 1,49 y una apertura numérica de 0,5, de modo que el índice de su revestimiento sale de NA = sqrt(n1² - n2²): sqrt(1,49² - 0,5²) = 1,4036. Cuanto menor es la diferencia entre los dos índices, más cerca del eje tiene que viajar un rayo, y por eso el rayo de la fibra de telecomunicaciones se ve casi recto en la escena.

La varilla de vidrio en el aire tiene una propiedad que las otras no tienen. La luz que entra por su cara plana desde el aire se dobla hacia el eje con tanta fuerza que siempre llega a la pared lateral por encima del ángulo crítico: la apertura numérica sqrt(1,5² - 1²) = 1,12 es mayor que 1, el valor máximo que puede aportar el aire. Por eso en la escena no se puede hacer que la varilla de vidrio pierda luz con el láser; el control se detiene en 48,19°, el menor ángulo de pared que puede alcanzar la luz procedente del aire.

Cómo de cerrada puede ser una curva

En la escena Curva, nueve rayos entran en una fibra que gira media vuelta alrededor de un tambor. En un tramo recto cada rayo conserva el mismo ángulo en la pared, pero en una curva la pared exterior se aleja y cada rayo la encuentra con un ángulo menor que antes. Un rayo que corre a lo largo del eje con radio de curvatura R (hasta el centro del núcleo) llega a la pared exterior, en R + a, con sin(ángulo) = R / (R + a). Se escapa cuando eso baja de n2 / n1, lo que ocurre si R es menor que a n2 / (n1 - n2).

Para la fibra de plástico ese límite es 1,4036 / (1,49 - 1,4036) = 16,2 medios anchos de núcleo. Los rayos que ya viajan inclinados se escapan antes, y en la escena pasa cerca de la mitad de la luz con unos 19 medios anchos. Los rayos trazados usan la reflectancia de Fresnel en cada rebote, así que un rayo apenas por debajo del ángulo crítico pierde solo una parte de su luz cada vez.

Para la fibra de telecomunicaciones la misma fórmula da 213 medios anchos, unos 0,9 mm para un radio de núcleo de 4,1 µm. La fibra monomodo real empieza a perder luz con radios mucho mayores, porque su luz es un patrón ondulatorio que llega al revestimiento, y la imagen de rayos no puede mostrarlo. La cifra de Corning para la SMF-28 Ultra es de como máximo 0,50 dB perdidos en una vuelta alrededor de un radio de 10 mm a 1550 nm. La fibra ITU-T G.657.A2, hecha para viviendas y edificios, está prevista para un radio de 7,5 mm con como máximo 0,5 dB en una vuelta. La fibra de plástico pierde como máximo 0,5 dB en un cuarto de vuelta de 25 mm de radio.

Hasta dónde llega un pulso antes de emborronarse

La escena Modos envía los mismos ocho bits por dos fibras a la vez. En la fibra multimodo de índice escalonado (valores del modelo: núcleo 1,4570, revestimiento 1,4440) el rayo guiado más inclinado recorre un camino n1 / n2 veces más largo que el recto. Por eso los tiempos de llegada se reparten en L n1 / c x (n1 / n2 - 1), que son 43,7 ns por cada kilómetro. A 1 Gbit/s un bit dura 1 ns, así que los pulsos chocan entre sí tras 1 / 43,7 km, unos 23 m. A 100 Mbit/s el límite es diez veces mayor, unos 230 m.

La fibra monomodo tiene un solo camino, y el ensanchamiento viene en cambio de la dispersión cromática: 17 ps por cada nanómetro de ancho de señal y cada kilómetro (la SMF-28 Ultra tiene como máximo 18). Una señal de B bit/s tiene un ancho de unos lambda² B / c, 0,080 nm a 10 Gbit/s y 1550 nm, así que el ensanchamiento es de 1,36 ps por km. Con 100 ps por bit, los pulsos se mezclan tras unos 73 km. A 1 Gbit/s el ancho es diez veces menor y el bit diez veces más largo, de modo que el límite se multiplica por cien, hasta unos 7340 km. Los cables largos reales corrigen la dispersión de forma electrónica en los receptores, y por eso pueden llegar mucho más allá de estos límites.

La curva de pérdidas y la banda de los amplificadores

La escena Pérdidas dibuja la atenuación frente a la longitud de onda de 800 a 1700 nm. La curva es un modelo con tres partes: la dispersión de Rayleigh, que cae como 1 / lambda⁴ y domina en las longitudes de onda cortas; la absorción infrarroja de la propia sílice, que sube con fuerza pasados unos 1600 nm; y un pequeño pico a 1383 nm causado por el agua que queda en el vidrio. Se ajustó para mantenerse por debajo de los máximos de Corning para la SMF-28 Ultra: 0,32 dB/km a 1310 y 1383 nm, 0,21 a 1490, 0,18 a 1550 y 0,20 a 1625. El modelo da 1,46 dB/km a 850 nm, 0,275 a 1310 y 0,164 a 1550.

Los amplificadores del lecho marino son amplificadores de fibra dopada con erbio. Funcionan en la banda C, de unos 1530 a 1565 nm, y, con fibra de erbio más larga, en la banda L hasta unos 1625 nm. Mueve la longitud de onda a 1310 nm en la escena y los dos repetidores se ponen rojos: allí la luz no se recupera, y tras dos tramos ha desaparecido. La baja pérdida y la banda de los amplificadores juntas explican por qué los cables largos usan 1550 nm.

El reto de esta escena pide el camino del modelo de Seúl a Los Ángeles, 11 378 km, con como máximo 100 amplificadores y como máximo 20 dB perdidos en cada tramo (20 dB es el límite del modelo para lo que devuelve un amplificador). Hacen falta al menos 101 tramos, así que un tramo debe medir al menos 11 378 / 101 = 112,7 km, y a 1550 nm puede medir como máximo 20 / 0,164 = 121,8 km. Sirve cualquier valor de 113 a 121. Sin ningún amplificador, todo el camino perdería 1868 dB, lo que deja 10⁻¹⁸⁷ de la luz: ni un solo fotón.

De Seúl a Los Ángeles, paso a paso

No hay un solo cable de Seúl a Los Ángeles. El camino del modelo en la escena Seúl–Los Ángeles tiene tres tramos: por tierra de Seúl al punto de amarre de Busan, bajo el Pacífico de Busan a Pacific City, en Oregón (los dos extremos del cable New Cross Pacific en el mapa de TeleGeography), y otra vez por tierra hasta Los Ángeles. Cada tramo es la distancia de círculo máximo multiplicada por un margen porque la ruta real es más larga: 1,25 en tierra y 1,1 en el mar (valores del modelo).

A c / 1,4682 la luz tarda 55,7 ms de ida y 111,4 ms de ida y vuelta. El círculo máximo recto de Seúl a Los Ángeles mide 9586 km; en fibra serían 93,9 ms de ida y vuelta, y en el vacío 63,9 ms. Los pings horarios de WonderNetwork entre servidores de las dos ciudades, del 25 al 27 de octubre de 2026, promediaron de 139 a 145 ms. Los 30 ms de más, aproximadamente, vienen de los enrutadores, las rutas terrestres más largas y los propios servidores.

El botón de carrera envía un pulso por todas las rutas a la vez, 100 veces más lento, para que veas cómo el TAT-8 (5846 km, 28,6 ms) adelanta al Unity (9620 km, 47,1 ms) y al camino de Seúl a Los Ángeles.

Tu nombre como luz

La escena 0 y 1 convierte lo que escribas en bytes UTF-8 y envía los bits como destellos. Una letra latina es un byte, ocho bits; una sílaba hangul son tres bytes, 24 bits, así que un nombre coreano de tres sílabas son 72 bits. El receptor reúne ocho bits cada vez y decodifica las letras según llegan. A 10 Gbit/s cada bit dura 100 ps y ocupa 2,04 cm de vidrio, de modo que un nombre de 72 bits dura 7,2 ns y se extiende 1,47 m a lo largo de la fibra. Un kilómetro de fibra contiene unos 49 000 bits en vuelo.

Un par de fibras frente a tu internet de casa

Bajo los controles puedes escribir la velocidad de tu internet y elegir una película. Los tamaños de las películas son valores del modelo: unos 5 GB en HD y 20 GB en 4K. Google da a Dunant una capacidad de diseño de 250 Tbit/s en 12 pares de fibras, que son unos 20,8 Tbit/s por par. Una película de 20 GB son 160 Gbit, así que un par podría llevarla en 7,7 ms; a 500 Mbit/s en casa tarda 320 s, unos cinco minutos y medio.

Pruébalo en la pantalla

Cada sugerencia usa los nombres de la barra de escenas y de los paneles.

1. En Atrapar la luz, arrastra el control rojo del láser hacia abajo hasta que el panel diga que la luz se escapa, y vuelve a subirlo hasta que quede atrapada otra vez. Con la fibra de plástico el cambio ocurre a 70,39°; un reto pide que te quedes a menos de 0,5° por encima.
2. Elige SMF-28 y arrastra de nuevo. El ángulo crítico salta a 84,46°, y el rayo que se queda dentro apenas zigzaguea.
3. Elige Varilla de vidrio e intenta hacer que pierda luz. El control se detiene en 48,19°, por encima del ángulo crítico de 41,81°.
4. Pulsa Viajar con la luz y viaja con un pulso hasta el extremo lejano.
5. En Curva, arrastra el control rojo hacia el tambor. Con la fibra de plástico los primeros rayos se escapan por debajo de 33 medios anchos y cerca de la mitad de la luz se pierde hacia 19.
6. En Modos, elige 1 Gbit/s y mueve la longitud de 10 m a 100 m. La traza multimodo de la pantalla se vuelve naranja y se emborrona, mientras la monomodo sigue cuadrada.
7. En Pérdidas, pon la longitud de onda en 1310 nm y mira cómo se ponen rojos los repetidores; luego vuelve a 1550 nm y amplía la separación a 118 km.
8. En 0 y 1, escribe tu nombre y pulsa «Enviar».
9. En Seúl–Los Ángeles, adivina el viaje de ida y vuelta con el control, pulsa «Comprobar» y luego «Carrera de todas las rutas».

Lo que el modelo deja fuera

La imagen de rayos es una simplificación. Un núcleo de 8,2 µm de ancho mide solo unas pocas longitudes de onda, y la luz de una fibra monomodo viaja como un único patrón de campo (un modo) que se extiende un poco hacia el revestimiento. El dibujo de rayos es exacto para núcleos multimodo anchos y da el ángulo crítico y el ángulo de aceptación correctos para este, pero no es lo que la luz hace literalmente, y no puede mostrar por qué la fibra monomodo real pierde luz en curvas de pocos milímetros.

La fibra de la primera escena está dibujada muchas veces más gruesa que en la realidad y la escena de la curva usa los medios anchos de núcleo como escala; los ángulos y los índices son reales. En la escena Modos los caminos en zigzag se dibujan más inclinados que los 7,6° verdaderos para poder distinguirlos, y el par de vidrios multimodo es un modelo.

La luz se dibuja en rojo. La luz real de 1550 nm es infrarroja e invisible. La curva de pérdidas es un modelo ajustado a los máximos de una hoja de datos, no una medición, y el límite de 20 dB del amplificador y los tamaños de las películas son valores del modelo.

Las rutas del globo son círculos máximos entre puntos de amarre, no los trazados reales, y el camino de Seúl a Los Ángeles es un modelo construido con tres círculos máximos con márgenes. Los contornos de tierra proceden del conjunto de dominio público Natural Earth.

Una breve historia

En enero de 1966 Charles Kao, que trabajaba con George Hockham en los Standard Telecommunication Laboratories de Inglaterra, concluyó que la gran pérdida de la fibra de vidrio procedía del vidrio y no de imperfecciones del hilo, y que el vidrio podía purificarse. Según la Fundación Nobel, calculó que una fibra del vidrio más puro podría llevar señales de luz a lo largo de 100 km, frente a unos 20 m en las fibras de la década de 1960. El artículo, Dielectric-fibre Surface Waveguides for Optical Frequencies, apareció ese año en los Proceedings of the IEE. Kao señaló la sílice fundida como material. Se funde a casi 2000 °C, lo que es difícil de controlar pero da el vidrio más puro.

Corning Glass Works hizo después una fibra óptica de 1 km por procesos químicos. La información divulgativa de la Fundación Nobel lo fecha en 1971.

La idea de guiar la luz es mucho más antigua. Daniel Colladon envió luz por un chorro de agua en Ginebra en 1841 y lo describió al año siguiente en Comptes Rendus; John Tyndall mostró el mismo efecto en la Royal Institution de Londres el 19 de mayo de 1854, y sus notas admiten que no era del todo nuevo. En la década de 1930 los médicos ya usaban haces de varillas finas de vidrio para mirar dentro del estómago, y añadir un revestimiento de índice menor evitó que las varillas perdiesen luz donde se tocaban.

Optics & Photonics News cuenta cómo Donald Keck, de Corning, midió 17 dB/km en un trozo de fibra de 29 m en agosto de 1970 y escribió «¡Hurra!» en su cuaderno. Kapron, Keck y Maurer comunicaron unos 20 dB/km en Applied Physics Letters en noviembre de 1970. En 1979 Miya y sus colegas de NTT lograron 0,20 dB/km a 1,55 µm en fibra monomodo, cerca del límite que fija la dispersión en la sílice. En enero de 1987 Mears, Reekie, Jauncey y Payne, de la Universidad de Southampton, presentaron un amplificador de fibra dopada con erbio con 26 dB de ganancia a 1,536 µm, el dispositivo que hoy está en cada repetidor.

El TAT-8, el primer cable de fibra óptica transatlántico, entró en servicio el 14 de diciembre de 1988. Recorría 5846 km por el lecho marino entre Norteamérica y Europa, usaba fibra monomodo de 1,3 µm y repetidores a 280 Mbit/s, y tenía capacidad para 40 000 circuitos telefónicos. Sus repetidores aún convertían la luz en señales eléctricas y de vuelta. Los amplificadores ópticos asumieron después esa tarea. La Fundación Nobel cuenta hoy más de 1000 millones de km de fibra óptica instalada y en 2009 concedió a Kao la mitad del premio de Física por un trabajo que abrió el camino a la comunicación por fibra.